汽车造型基础知识

汽车造型设计知识讲座（一）

汽车的尺寸

一、外形尺寸参数

汽车设计中由设计师去弥定的外形尺寸包括：长、宽、高、轴距、轮距、前后悬长和离地距等。各参数的含义见下图：

二、各级汽车的尺寸标准

弥定汽车尺寸所要考虑的因素主要是机械布局和使用要求，其中机械布局视乎厂家各自的设计方案有所差异；使用要求则主要由汽车所针对的目标市场级别而定。下表为我根据经验总结的各主要级别（主要乘用车）的常见尺寸范围：

单位：米 长度 宽度 高度 轴距 典型代表 欧洲、亚洲轿车：

小型两厢轿车 3.6-4 1.5-1.7 1.3-1.5 2.2-2.5 夏利

小型三厢轿车 4.1-4.4 1.6-1.7 1.3-1.5 2.3-2.6 丰田COROLLA 中型轿车 4.3-4.7 1.7-1.8 1.3-1.5 2.6-2.8 捷达

中大型轿车 4.6-4.9 1.7-1.9 1.3-1.6 2.7-2.9 日产CEFIRO 大型轿车 4.8-5.2 1.8-2 1.4-1.6 2.8-3.2 奔驰S-CLASS 其他车种：

中型越野车 4.5-4.9 1.7-2 1.7-2.0 2.5-2.8 三菱PAJERO 中型MPV 4.4-4.8 1.7-1.9 1.5-1.9 2.7-3 丰田PREVIA 中型皮卡（pick up） 4.7-5 1.6-1.8 1.4-1.6 2.7-2.9 丰田HILUX 特殊规格：

日本轻自动车（K-CAR） <3.7 <1.5 不限 不限 奥拓

美国标准大型房车 5.2-5.5 1.8-2.1 1.3-1.5 2.8-3.3 林肯TOWNCAR 美国标准多用途车（SUV） 5-5.5 1.8-2.2 1.8-2.2 2.8-3.2 别克GL8 一级方程式赛车 4.2-4.4 <1.8 0.9-1 2.8-3.1

其中我们看到美国车的尺寸比欧、日的标准大很多，这主要是因为美国地大车少，油价低廉，对于汽车空间的要求远大于对省油性能的要求。日本则正好相反，为了改善道路拥挤情况，日本政府对汽车的税收等级是以外形尺寸（主要是占地面积长*宽）来划分的，车身越大使用费用越高。因此日本汽车造型设计所追求的是“空间利用率”，即在有限的车身尺寸下争取最大的内厢空间。可以说日本车造得紧凑的目的是为了符合法规；欧洲人也热衷于小型车，但他们造小车的主要目的是省油和使用方便；而美国人的生活环境决定了他们用不着把汽车造得太紧凑。

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三、如何弥定具体尺寸

确定汽车尺寸首先要服从机械布局，然后要满足各项应有的功能，如必须具备载客、载货的空间等。下面详谈各尺寸的具体确定方法：

1、长度

长度是对汽车的用途、功能、使用方便性等影响最大的参数。因此一般以长度来划分车身等级。车身长意味着纵向可利用空间大，这是显而易见的；但太长的车身会给调头、停车造成不便。4米长与5米长的汽车在驾驶感觉上会有很大的差异，一般中小型乘用车长4米左右，接近5米长的可算作大型车了。 2、宽度

宽度主要影响乘坐空间和灵活性。对于乘用轿车，如果要求横向布置的三个坐位都有宽阔的乘坐感（主要是足够的肩宽），那么车宽一般都要达到1.8M。近年由于对安全性的要求，车门壁的厚度有所增加，因此车宽也普遍增加。日本车对宽度的限制比较严，大部分在1.8M以下，欧洲车则倾向增大车宽。但是车身太宽会降低在市区行走、停泊的方便性，因此对于轿车来说车宽2M是一个公认的上限。接近2米或超过2米的车都会很难驾驶。道路用车（大货车、大客车）的车宽一般也不能超过2.5米。 对于车外倒后镜不能折叠的车辆，规格表上的宽度一般把外伸倒后镜也包括在内，因而有些欧洲轿车规格表上的宽度接近甚至超过2米（例如FIAT MULTIPLA宽度为2010mm），各位明察即可。 3、高度

车身高度直接影响重心（操控性）和空间。大部分轿车高度在1.5米以下 ，与人体的自然坐姿高度相比低很多，主要是出于降低全车重心的考虑，以确保高速拐弯时不会翻车。MPV、面包车等为了营造宽阔的乘坐（头部空间）和载货空间，车身一般比较高（1.6米以上），但随之使整车重心升高，过弯时车身侧倾角度大；这是高车身车种的一个重大特性缺陷。此外在日本，香港等一些地区，大部分的室内停车场都有高度限制，一般为1.6米，这也是确定车高的重要考虑因素。小型车为了在有限的占地面积内扩大车厢空间，近年有向上发展的趋势，如丰田的YARIS（高1500mm）和标致206（1430mm），以及一批超过1.7M的日本K-CAR级RV（如铃木WAGON R），车身都比传统的小型车高出很多，重心升高导致的主动安全性下降是必然的。 4、轴距

在车长被确定后，轴距是影响乘坐空间最重要的因素，因为占绝大多数的2厢和3厢轿车，乘员的坐位都是布置在前后轴之间的。长轴距使乘员的纵向空间增大，直接得益的是对乘坐舒适性影响很大的脚部空间。在行驶性能方面，长轴距能提高直路巡航的稳定性，但转向灵活性下降， 回旋半径增大。因此在稳定性和灵活性之间必须作出取舍，取得适当的平衡。 5、前、后悬

从图一可见：车长=前悬+后悬+轴距。所以轴距越长，前后悬便越短。最短的悬殊长可以短至只有车轮，即为车轮半径1/2。但除了一些小型车要竭力增加轴矩来扩大乘坐空间外，一

般轿车的悬长都不能太短，一来轴矩太长会影响灵活性，二来要考虑机械零件的布局。例如前横置引擎前轮驱动的轿车，引擎一般会安置在前轴的前方，因此前悬必须有一定的长度（例

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一）；但前悬也不应过长，以确保爬坡通过性，越野车为了保证爬坡、越台的能力，前悬都很短（例二）；一些高性能跑车的前后悬取值主要是出于对前后重量平衡和动态重心转移的考虑（例三）。近年为了满足严格的正面撞击测试法规，有加长前悬的趋势，目的是容纳车架的撞击缓冲结构。后悬则可以比前悬稍长一些。

例一 前置引擎前轮驱 例二 图中的A、B角分别称为接 例三 悬长对汽车的动态 动的轿车，因为要腾出 近角和离去角，是衡量汽车通过 表现也会有影响，例如增 空间安放引擎，前轴要 性的重要指标。由图可见角度越 大前悬可以增加转向过多 向后移，形成很长的前 大，车身能安全通过的坡度越大 ，以抵消车架本身的转向 悬。国产富康、夏利、 。其中接近角尤为重要，因此越 不足倾向。所以设计高性 桑塔纳都属于这种类型。 野车的前悬都很短。 能跑车不仅是要好看那么 简单。 6、轮距

轮距直接影响汽车的前后宽度比例。与其它尺寸相比，轮距更受机械布局（尤其是悬挂系统类型）的影响，是造型设计师需要在很早期就确定的参数。一般轿车的前轮距比后轮略大（相差约10-50MM），即车身前半部比后半部略宽，这与气流动力学有关（将在以后详述）。但一些特殊机械布局的汽车，如法拉利的512TR，由于后轴安放了大型的水平对向12缸引擎，使其后轮距远大于前轮距，这就需要以特别的造型设计来配合。在操控性方面，轮距越大，转向极限和稳定性也会提高，很多高性能跑车车身叶子板都向外抛，就是为了尽量扩大轮距。 7、离地距

离地距即车体最低点与地面的距离。后驱车的离地最低点一般在后轴中央，前驱车一般在前轴，也有些轿车的离地距最低点在前防撞杆下缘（气流动力学部件）。离地距必须确保汽车在行走崎岖道路、上下坡时的通过性，即保证不\刮底\。但离地距高也意味着重心高，影响操控性，一般轿车的最低离地距为130mm-200mm，附合正常道路状况的使用要求。越野车离地距普遍大于200mm。赛车由于安装了扰流车身部件，并且要降低重心，离地距可以低至50mm，当然前提是赛车跑道路面平坦，在普通街道上肯定是不可行的。

最后必须补充一下，汽车的长、宽、高、轴距是影响乘坐空间的四要素，但这只是基础，要在尺寸大的车身上设计出空间充裕的座舱，还必须精心设计车厢轮廓。这就是所谓的“利用率”问题，而它又与全车的整体布局息息相关，这将在后面的章节中综合介绍。 `

汽车造型设计知识讲座（二）

汽车的车架

就像人的身体由骨架来支持一样，汽车也必须有一幅骨架，这就是车架。车架的作用是承受载荷，包括汽车自身零部件的重量和行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力等。现有的车架种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊材料一体成型式等。

1、大梁式车架

在港台汽车刊物中常称作“阵式车架”，是最早出现的车架类型（从全世界第一部汽车开始一直沿用

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至今）。大梁车架的原理很简单：将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架，然后在这个钢架上安装引擎、悬架、车身等部件，这个钢架就是名附其实的“车架”。大梁式车架的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度，而且结构简单，开发容易，生产工艺的要求也较低。致命的缺点是钢制大梁质量沉重，车架重量占去全车总重的相当部分；此外，粗壮的大梁纵贯全车，影响整车的布局和空间利用率，大梁的厚度使安装在其上的坐厢和货厢的地台升高，使整车重心偏高。综合这些因素可见，大梁式车架适用于要求有大载重量的货车、中大型客车，以及对车架刚度要求很高的车辆，如越野车。传统越野车在良好道路上行驶时表现出重心过高的不良操控性，就是由大梁式车架所致。(图A：大型客车 图B：丰田Prado越野车的大梁车架）

2、承载式车架

也称作整体式或单体式车架。针对大梁式车架质量重、体积大、重心高的问题，承载式车架的意念是用金属制成坚固的车身，再将发动机、悬架等机械零件直接安装在车身上。这个车身承受所有的载荷，充当车架，所以准确称呼应为“无车架结构的承载式车身”（采用大梁车架的汽车车身则称为“非承载式车身”）。承载式车架由钢（较先进的是铝）经冲压、焊接而成，对设计和生产工艺的要求都很高，这也是中国目前的车身设计开发难以突破的大难点。成型的车架是个带有坐舱、发动机舱和底板的骨架（图C），我们所能看到的光滑的汽车车身则是嵌在骨架上的覆盖件（图D）。

承载式车车架是目前轿车的主流，因为这种结构将车架和车身二合为一，重量轻，可利用空间大，重心低，而且冲压成型的制造方式十分适合现代化的大批量生产。但是除了开发制造难度高外，刚度（尤其是抗扭刚度）不足也是承载式车身的一大缺陷。这问题在日常用车上还不明显，但对于大马力、大扭力的高性能跑车，要求有很高的车架刚度，普通承载式车身就显得刚度不足。因此近年的高性能汽车，除了马力不断提升外，各车厂也不断致力于提高车身的刚度，目前主要采取的办法是优化车架的几何形状和采用局部增粗或补焊以加强抗扭能力。

由于承载式车架将全车所有部件，包括悬架、车身和乘员连成一体，具有很好的操控反应（正式学名是“操作响应性”），而且传递的震动、噪音都较少，这是大梁式车架不可比拟的。因此不仅是轿车，就连一些针对良好道路环境设计的越野车也有弃大梁车架而改用承载式车身的趋势，这就是所谓的“城市化越野车”。另外针对大梁式车架地台高的弊病，近年还出现了采用承载式车身的大型客车（称为“无大梁车身”或“无阵车身”），由于取消了大梁，旅游大巴可以在车底腾出巨大且左右贯通的行李空间，用于市区的公共汽车则可以将地台降至与人行道等高以便于上下车（要配合特殊的低置车桥）。低地台是客车的一个重要发展方向（图E）。

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3、钢管式车架

前面曾说过承载式车架的设计开发和生产工艺都复杂，只适宜大批量生产。但是对于少量生产的轿车又如何呢？虽然可以采用共用平台策略，但所谓的“共用平台”能共用的只是悬架、传动系统等底盘部件，承载式的车架由于必须与车身形状吻合，对于不同的车身造型是不能共用车架的。于是钢管式（又称“框条式”）车架便应运而生。

顾名思义，钢管式车架就是用很多钢管焊接成一个框架，再将零部件装在这个框架上。它的生产工艺简单，很适合小规模的工作坊作业，50-70年代英国有很多小规模的车厂生产各式各样的汽车，都是用自行开发制造的钢管车架，是钢管车架的全盛时期。时至今日仍采用钢管车架的都是一些产量较少的跑车厂，如LAMBORGHINI和TVR，原因是可以省去冲压设备的巨大投资。由于对钢管车车架进行局部加强十分容易（只须加焊钢管），在质量相等的情况下，往往可以得到比承载式车架更强的刚度，这也是很多跑车厂仍乐于用它的原因。（图F是LAMBORGHINI DIABLO的钢管骨架，装上覆盖件后成为图G）

4、铝合金车架

奥迪A8的车架是用铝合金做的，但那是冲压成型的结构，只是材料不同了，仍属于承载式车架。这里说的铝合金车架是另一种类型，将铝合金条梁焊接、铆接或贴合在一起组成一个框架，可以理解为钢管车架的变种，只是铝合金是方梁状而非管状。铝合金车架最大优点是轻（相同刚度的情况下）。但是成本高，不宜大量生产，而且铝合金本身的特性决定了其承载能力受限制，暂时只有少数车厂运用在小型的量产跑车上，如莲花ELISE和雷诺SPIDER（图H）。

5、碳纤维车架

亦即是开头所提到的“特殊材料一体成型式车架”。制造方法是用碳纤维浇铸成一体化的底板、坐舱和引擎舱结构，再装上机械零件和车身复盖件。碳纤维车架的刚度极高，重量比其它任何车架都要轻，重心也可以造得很低。但是制造成本是它的致命伤，因此目前都只用于不计成本的赛车和极少数量产车上。碳纤维车架在80年代首先出现一级方程式赛车上，然后延伸到C组赛车和90年代的GT赛车，至今仅有的两部采用碳纤维车架的量产车是94年的

MCLAREN F1和95年的FERRARI F50。(图I：法拉利F50一体成型的碳纤维地台连坐舱就是它的车架）

碳纤维的刚度不仅有利于操控，对提高安全性也有很大的作用。典型例子是在95年，宝马的总裁驾驶一部MCLAREN F1（街道版）满载3人在德国的公路上以280公里时速失控，冲出公路后再翻滚无数圈后才停车，车上3人居然只受了轻伤。当时全车外壳尽毁，但车架和坐舱仍保持完好的形状，如非碳纤维车架肯定是招架不住的。这也是一级方程式赛车至今沿用它的原因之一。 6、“副车架”

最后要补充“副车架”的概念，这是常常在车书中出现的新名词。副车架并非完整的车架，只是支承前后车桥、悬架的支架，使车桥、悬架通过它再与“正车架”相连，习惯上称为“副架”。副架的作用是阻隔振动和噪声，减少其直接进入车厢，所以大多出现在豪华的

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轿车和越野车上，有些汽车还为引擎装上副架。

IN THE FUTURE……

大梁式和承载式车架是占绝大多数的主流车架形式，但它们都分别有着显著的缺点，即笨重和刚度不足。于是近年出现了融合这两者优点和车架设计方案，图中所示是三菱PAJERO IO的独创车架，在承载式结构的车厢底部增加了独立的钢框架（图J中的蓝色部分），可以认为是简化的大梁结构，从而在保证刚度的同时，重量和重心又比大梁式结构大为下降。另一个例子是本田S2000，由于对性能要求很高，而敞篷车身的刚度不足，于是在承载式车架的底部加焊了类似大型横梁的补强结构，从而增强了刚度。今后这种“杂交”车架的形式肯定会更层出不穷。

汽车造型设计知识讲座（三）

汽车的布局

一、何谓布局？

这里所讲的布局，是指如何安排一部汽车的各个组成部分在整车中所处的相对位置，即全车的整体布局。布局方案一般是由总工程师决定的，但对于车身造型设计师，很好地理解甚至具备确定总体布局的能力也十分重要，这是因为与其他工业产品相比，汽车构造的复杂多变性要大得多。以电视机为例，所有电视机的内部结构大多相差无几，大致上都为立方体，造型（即外壳）所要提供的功能也不多，因而电视机外壳的设计就不需要具备什么“布局”观念；但是汽车的内部结构比电视机复杂得多，使用功能的要求很严格（如乘员/载货的空间、人体工程学的要求等），这些构成了很多在造型设计过程中必须遵循的条件。因此，汽车造型设计师必须具备很清晰明确的布局观念，才能设计出具有优秀功能性的汽车外型。事实上很多突破性的布局方案都是由造型设计师在概念设计的阶段构想出来的。

二、布局元素

一部汽车的布局元素包括发动机、传动系统、座舱、行李舱、排气系统、悬挂系统、油箱、备胎等，其中前三者：发动机、传动系统和座舱是决定布局的三要素，按这“三要素”可将布局方式分为前置引擎前驱（FF）、前置引擎后驱（FR）、中置引擎（MR）及后置引擎（RR）四大类型，确定布局类型后，其它部件可采用见缝插针的原则。一个优秀的布局方案应该在

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使各部件工作良好的基础上满足应有的使用功能（如载人、运货、越野等）。 下面对各种布局方案作简单介绍：

1）前置引擎后轮驱动（FR）

如图A，引擎纵置于车头，纵向与变速箱相连，经过传动轴驱动后轮。最早期的汽车绝大部分采用FR布局，现在则主要应用在中、高级轿车。它的优点是轴荷分配均匀，即整车的前后重量比较平衡，因此操控稳定性比较好。据物理原理的计算，后轮作驱动轮时，轮胎的附着利用率要优于前轮驱动，这是中、大型轿车（马力、扭力较大）都采用后轮驱动的主要原因。FR的缺点是传动部件多、传动系统质量大，贯穿坐舱的传动轴占据了坐舱的地台空间。为了容纳传动轴，凡是采用FR的房车，其后座中间座椅的地台都是隆起来的，大大影响了脚部空间和乘坐舒适性，这可以说是FR的最大缺点。

2）前置引擎前轮驱动（FF）

将引擎横置在车头，经过变速箱直接驱动前轮，就可以免去传动轴，从而解决了FR布局的车厢地台问题。这种方案称为FF布局（图B）。FF是目前绝大部分微、小、中型轿车采用的布局方式。除了车厢地台降低外，FF在操控性方面也具有优势：由于重心偏前且由前轮产生驱动力，FF的汽车在操控性方面具有明显的转向不足特性，这在汽车操控性

评价中属于一种安全的稳态倾向，是民用车的理想特性。抗侧滑的能力也比FR强。但之前也提到FF的驱动轮附着利用率较小，上坡时驱动轮的附着力会减小；前轮的驱动兼转向结构比较复杂，引擎和传动系统（变速箱、离合器等）集中在引擎舱内，布局拥挤，局限了采用大型引擎的可能性。这是大型轿车不采用FF的主要原因。针对这个问题，近年来出现了纵置引擎的FF布局（以前FF的引擎都是横置的），从而可以采用较大型的引擎。例如配3.5升V6引擎的本田Legend和2.8升V6的奥迪A6，都属于为数不多的中大型FF轿车。

3）后置引擎后轮驱动（RR）

早期广泛应用在微型车上，因为其结构紧凑，既没有沉重的传动轴，又没有复杂的前轮转向兼驱动结构。它的缺点是后轴荷较大，在操控性方面会产生与FF相反的转向过度倾向，即高速过弯的稳定性差，容易侧滑。现在仍采用RR布局的轿车已经很少。保时捷911是其一，而它极易甩尾的操控特性也是出了名的。

4）中置引擎后轮驱动（MR） 即引擎放置在前、后轴之间的布局方式。最大的优点显然是轴荷均匀，具有很中性的操控特性。缺点是引擎占去了坐舱的空间，降低了空间利用率和实用性。因此采用MR的大都是追求操控表现的跑车。

一般的MR布局，引擎是置于座椅之后、后轴之前的，这样的布局在情理之

中；近年出现了一种被称作“前中置引擎”的布局方式，即引擎置于前轴之后、乘员之前，

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驱动后轮。从形式上这种布局应属于FR类型，但能达到与MR一样的理想轴荷分配，从而提高操控性。宝马3系列、本田S2000都属于这种类型。

5）四轮驱动

无论是前置、中置还是后置引擎，都可以采用四轮驱动。由于四个车轮均有动力，附着利用率最高，但重量大、占空间是它的显著缺点。此外动力流失率比单轴驱动大。四轮驱动过去只用于越野车，近年来随着限滑差速器技术的发展和应用，四驱系统已经能够精确的调配扭矩在各车轮之间分配，所以出于提高操控性的考虑，

采用四轮驱动的高性能跑车也越来越多。

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